Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương Trường THPT Nguyễn Đáng Lớp 12 Họ và Tên: HỆTHỐNG HÓA KIẾNTHỨC VẬT LÝ 12 NÂNG CAO Chương4 DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ I/. Dao động điện từ 1. Mạch dao động (hay khung dao động) là mạch kín gồm cuộn cảm L và tụ điện C. Điện trường và từ trường trong mạch biến thiên, nên dao động của mạch gọi là dao động điện từ. 2. Trong mạch dao động, điện tích q của tụ điện, dòng điện i trong mạch và hiệu điện thế u giữa hai bản tụ đều biến thiên tuần hoàn theo quy luật dạng sin với tần số góc 1 LC ω = . + Nếu ( ) o q q cos t= ω + ϕ thì ( ) o q q u cos t C C = = ω + ϕ Đơn vị điện tích là cu-lông (C) và ( ) o o i q' q sin t I cos t 2 π = = −ω ω + ϕ = ω + ϕ+ ÷ Với o o I q= ω 3. Nếu không có tác động điện hoặc từ với bên ngoài, thì dao động điện từ là một dao động tự do + Tần số góc riêng: 1 LC ω = + Chu kỳ riêng: T 2 LC= π + Tần số riêng: 1 f 2 LC = π L là độ tự cảm của cuộn cảm, đơn vị là henry (H) và C là điện dung của tụ điện, đơn vị là fara ( F). + Bội và ước thập phân: kilô (k) = 3 10 ; mêga (M) = 6 10 ; giga (G) = 9 10 đêxi (d) = 1 10 − centi (c) = 2 10 − ; mili (m) = 3 10 − ; micrô ( µ ) = 6 10 − ; nanô (n) = 9 10 − ; picô (p) = 12 10 − 4. Năng lượng của mạch dao động LC: Xét mạch dao động LC có ( ) o q q cos t= ω + ϕ + Năng lượng điện trường tức thời trong tụ điện: 2 2 C 1 1 1 q W Cu qu 2 2 2 C = = = hay: ( ) 2 2 o C q 1 W cos t 2 C = ω + ϕ + Năng lượng từ trường tức thời trong cuộn cảm: 2 L 1 W Li 2 = hay ( ) 2 2 2 L o 1 W L q sin t 2 = ω ω + ϕ ( ) 2 2 o L q 1 W sin t 2 C = ω + ϕ + Năng lượng điện từ của mạch dao động LC: C L W=W W+ = hằng số 2 2 2 o o o o o q 1 1 1 1 W CU q U LI 2 C 2 2 2 = = = = Đơn vị năng lượng là Jun (J) Vậy, trong quá trình dao động của mạch, năng lượng từ trường và năng lượng điện trường luôn chuyển hóa cho nhau, nhưng tổng năng lượng điện từ là không đổi. 5. Dao động điện từ tắt dần. Trong mạch dao động thực (r ≠ 0) luôn có tiêu hao năng lượng, nên năng lượng của mạch sẽ giảm dần. Dao động của mạch sẽ tắt khi năng lượng đã hết. Hiện tượng này gọi là dao động điện từ tắt dần. Điện trở r càng lớn thì sự tắt dần càng nhanh. 6. Dao động điện từ duy trì. Để dao động điện từ không tắt dần, người ta bố trí một cơ cấu bù năng lượng cho mạch. Sau mỗi chu kỳ dao động, mạch được bổ sung đúng số năng lượng đã bị tiêu hao. Dao động của mạch khi đó gọi là dao động điện từ duy trì, có tần số vẫn là tần số dao động riêng. Hệ dao động khi đó gọi là hệ tự dao động. 7. Dao động điện từ cưỡng bức. Mắc mạch dao động LC có tần số dao động riêng ω o với một nguồn điện ngoài có hiệu điện thế o u U cos t= ω . Lúc này dòng điện trong mạch dao động với tần số ω của nguồn điện. Dao động của mạch khi đó gọi là dao động điện từ cưỡng bức. + Sự cộng hưởng. Khi ω = ω o thì biên độ dao động điện đạt cực đại. Hiện tượng này gọi là sự cộng hưởng. Giá trị cực đại của biên độ khi cộng hưởng phụ thuộc điện trở thuần R của mạch. Vật lý 12 nâng cao Trang 1 Trường THPT Nguyễn Đáng Giáo viên Huỳnh Thế Xương II/. Điện từ trường 1. Liên hệ giữa điện trường biến thiên và từ trường biến thiên + Từ trường biến thiên theo thời gian làm xuất hiện điện trường xoáy. Đường sức của điện trường xoáy là những đường cong khép kín, bao quanh các đường sức của từ trường. + Ngược lại, điện trường biến thiên theo thời gian làm xuất hiện từ trường. Đường sức của từ trường là những đường cong khép kín, bao quanh các đường sức của điện trường. 2. Điện từ trường. Bất kỳ điện trường biến thiên nào cũng sinh ra từ trường biến thiên, và ngược lại, từ trường biến thiên nào cũng sinh ra điện trường biến thiên. Điện trường biến thiên và từ trường biến thiên chuyển hóa lẫn nhau trong một trường thống nhất được gọi là điện từ trường. III/. Sóng điện từ 1. Sóng điện từ. Quá trình lan truyền điện từ trường gọi là sóng điện từ. 2. Đặc điểm của sóng điện từ + Tốc độ lan truyền của sóng điện từ trong chân không bằng tốc độ ánh sáng (v = c = 3. 8 10 m/s) + Sóng điện từ là sóng ngang. E ur vuông góc với B ur và cả hai cùng vuông góc với phương truyền sóng Ox uuur . ( E,B,Ox ur ur uuur ) tạo thành một tam diện thuận. E ur và B ur đều biến thiên tuần hoàn theo không gian và thời gian, và luôn đồng pha. + Sóng điện từ truyền được trong mọi môi trường kể cả trong chân không. + Bước sóng v v.T f λ = = Trong chân không (hay trong không khí) ( ) 8 c 3.10 c.T m f f λ = = = 3. Tính chất của sóng điện từ + Sóng điện từ mang năng lượng. Tần số càng cao thì năng lượng sóng càng lớn. + Tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ. + Tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ. IV/. Truyền thông bằng sóng điện từ 1. Mạch dao động hở. Anten Trong mạch dao động LC, nếu các bản của tụ điện lệch đi, đồng thời tách xa các vòng cuộn cảm thì có sóng điện từ lan tỏa ra không gian bên ngoài. Mạch dao động như thế gọi là mạch dao động hở. Anten chính là một dạng mạch dao động hở, nó bức xạ sóng điện từ mạnh nhất. 2. Nguyên tắc truyền thông bằng sóng điện từ theo quy trình chung là: + Biến các âm thanh hoặc hình ảnh muốn truyền thành các dao động điện tần số thấp gọi là các tín hiệu âm tần (hoặc thị tần). + Dùng sóng điện từ tần số cao (cao tần) mang các tín hiệu âm tần đi xa qua anten phát. + Dùng máy thu với anten thu để chọn và thu lấy sóng điện từ cao tần (nhờ hiện tượng cộng hưởng). + Tách tín hiệu ra khỏi sóng cao tần rồi dùng loa để nghe âm thanh đã truyền tới (hoặc dùng màn hình để xem hình ảnh). 3. + Hệthống phát thanh gồm: dao động cao tần, ống nói, khuếch đại cao tần, anten phát. + Hệthống thu thanh gồm: anten thu, chọn sóng, tách sóng, khuếch đại âm tần, loa. 4. Sự truyền sóng điện từ quanh Trái Đất. Căn cứ vào bước sóng, sóng điện từ được chia thành các dải: Sóng dài (> 1 000 m) ; Sóng trung ( 1000 m 100 m÷ ) ; Sóng ngắn ( 100 m 10 m÷ ) ; Sóng cực ngắn ( 10 m 0,01 m÷ ) + Các loại sóng dài, trung và ngắn đều bị tầng điện li phản xạ với mức độ khác nhau, do đó các sóng này có thể đi vòng quanh Trái Đất qua nhiều lần phản xạ giữa tầng điện li và mặt đất. các loại sóng này được dùng trong truyền thanh, truyền hình trên mặt đất. + Sóng cực ngắn có khả năng đi xuyên qua tầng điện li, có khả năng truyền thẳng từ nơi phát đến nơi thu. Sóng cực ngắn hay được dùng để thông tin trong cự li vài chục kilômét, hoặc truyền thông qua vệ tinh. Vật lý 12 nâng cao Trang 2 . càng cao thì năng lượng sóng càng lớn. + Tuân theo các quy luật truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ. + Tuân theo các quy luật giao thoa, nhiễu xạ. IV/. Truyền. điện i trong mạch và hiệu điện thế u giữa hai bản tụ đều biến thiên tuần hoàn theo quy luật dạng sin với tần số góc 1 LC ω = . + Nếu ( ) o q q cos t= ω + ϕ